全国土地质量地球化学调查二十年

土地质量地球化学调查计划是我国继区域化探全国扫面计划之后一个新的国家地球化学填图计划,该计划实施20年来,在支撑土壤环境污染防控、土地资源管理、国家重大立法、精准扶贫等方面做出了重大贡献,显著拓展了地质工作服务链。本文从计划的提出背景、项目的组织实施、主要进展、调查技术的进步和分析测试技术的提高与质量控制方案的完善等方面回顾了该计划的发展历程。从全国耕地地球化学状况、全国省会城市土壤环境质量状况、中国主要淡水湖泊沉积物环境质量状况、中国主要农耕区20年来土壤碳库变化4个方面对调查成果做了全面总结。全方位介绍了调查应用成果在土地管理、土壤污染防治、农业种植结构调整、脱贫攻坚、地方病防治、油气勘查、固体矿产勘查等7个领域中的应用。并在调查技术革新、评价方法创新和调查与研究融合三个方面对土地质量地球化学调查工作的未来发展趋势做了展望。

表生地球化学动力学与中国西南土壤中化学元素分布模式的驱动机制

地球表层是由山水林田湖草等要素构成的互动和互馈的复杂系统,这些要素中化学元素的互动和互馈过程均可驱动化学元素分布模式的变化。本文以系统的1∶25万土地质量地球化学调查数据为基础,讨论了中国西南地区土壤中常量元素、亲生物元素、卤族元素、重金属元素分布模式的驱动机制和互动过程。结果发现成土母质决定了土地资源中化学元素的自然状况,表生地球化学动力学过程重塑了表层土壤中元素分布模式,生物地球化学过程驱动了土地质量的演化趋势,强烈的人类活动(如矿业活动)破坏了元素分布的自然演化规律。表生地球化学动力学理论的提出将引领山水林田湖草生命共同体知识体系构建和土地资源地球化学综合调查技术的革新。

中国淡水湖泊沉积物地球化学背景与环境质量基准建立的思考

利用中国150余个淡水湖泊表层沉积物和深层沉积物的地球化学数据,采用中位数-绝对中位差的方法统计获得了中国主要淡水湖泊沉积物的As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn、TN、TP、TOC及pH的地球化学背景值,为我国湖泊沉积物环境质量基准的建立和湖泊生态环境质量监管提供了重要依据。统计结果表明,我国表层湖泊沉积物中的As、Cd、Hg等重金属元素以及TP、TOC等发生了显著富集,显示出强烈的人类活动对湖泊沉积物环境质量的改变。在探讨国外环境质量基准值对我国淡水湖泊沉积物环境质量评价适应性的基础上,提出直接采用国外相关标准还不能客观评价我国湖泊沉积物的污染程度和生态风险,应充分考虑我国湖泊沉积物的地球化学背景,建立适应我国情况的沉积物环境质量基准。

中国193个城市规划区土壤微量元素污染与健康风险

随着城市化进程的加快,城市表层土壤微量元素含量发生了不同程度的变化,城市土壤污染所引发的环境问题进一步凸显.为了系统研究我国31个省(自治区、直辖市)193个地级以上城市规划区表层土壤13种微量元素的含量特征、污染水平和暴露风险,利用地累积指数(Igeo)和综合污染指数(IPI)对土壤微量元素的污染水平进行了评价,采用美国环保署(USEPA)推荐的健康风险评估方法量化了居民暴露于城市土壤的健康风险.研究结果显示:城市规划区表层土壤As、Be、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Se、Tl、V和Zn等13个元素含量中位值分别是9.25、2.14、0.174、12.4、68.4、28.2、0.095、27.7、31.1、0.29、0.61、82.7和82.2 mg·kg^-1,相比于城市土壤背景值,Cd、Hg和Se是含量变化比较显著的元素.Igeo值表明城市规划区表层土壤污染最严重的是Hg,其次是Se和Cd,污染程度介于无污染至中度污染之间,其他元素无污染.综合污染指数IPIN显示:全国有22个城市规划区土壤已达到重度污染,16个城市达到中度污染,湖南省株洲市是全国土壤污染最严重的城市.健康风险评估结果表明:郴州市、黄石市、株洲市、湘潭市和龙岩市等5个城市规划区土壤暴露对未成年人具有潜在非致癌风险,其中土壤Pb摄入是引发风险的主要因素.建议在综合污染已达中度到重度污染的城市开展详查,摸清土壤污染状况及污染地块分布,建立污染地块清单和优先管控名录,实施污染调控和修复治理.

近20年来鄱阳湖流域泛滥平原沉积物微量元素含量与污染变化

查明鄱阳湖流域微量元素的污染状况、识别其潜在来源并评估生态风险,对制定保护流域生态系统的有效策略至关重要.为了全面了解鄱阳湖流域5条主要支流泛滥平原沉积物中Cd、Hg、Pb、As、Cu、Zn、Cr、Ni、Mn、Sb、W和Sn等12种微量元素间隔近20 a的含量、污染水平和生态风险的时空变化状况,采用富集因子(EF)和修正综合污染指数(MPI)评价了微量元素的污染水平,应用潜在生态风险因子(E_r)和修正生态风险指数(MRI)量化了微量元素引发的生态风险,并对污染水平显著变化区域的污染源进行了分析和探讨.研究结果显示,近20年来,鄱阳湖流域泛滥平原沉积物中Cd、Zn、Mn、W和Pb含量分别升高了134%、26%、41%、25%和8%,Hg、As、Cr、Ni、Sb和Sn含量分别降低了35%、15%、22%、10%、14%和13%,Cu含量无明显变化;饶河、赣江和信江流域的Cd含量分别升高了331%、151%和107%,抚河、赣江和修水流域的Hg含量分别降低了87%、41%和40%;其污染变化主要表现为Cd污染加剧和Hg污染降级,整个赣江流域Cd污染升级至中度和中度-重度,饶河乐安江Cd污染升级至重度,抚河流域Hg污染降至无或轻微;Cd污染加剧导致综合污染升级,极度和重度污染点位比例由17%升至33%;极高生态风险点位的比例由11%升至22%,其高MRI贡献率元素由Hg变为Cd,源于Hg污染的极高生态风险点降至中等生态风险.鄱阳湖流域泛滥平原沉积物中微量元素的显著污染变化主要源于矿产开发与冶炼、工业和农业生产等人为活动.研究成果可为河流污染防治和流域生态系统的优化管理提供科学依据.

基于乡镇尺度的西南重金属高背景区土壤重金属生态风险评价

西南地区土壤重金属具有天然的高背景属性,在重金属高背景区开展生态风险评价和识别重金属潜在来源具有重要意义.以往工作主要以区域尺度的调查工作为主,调查精度难以满足空间规划和自然资源管理的需求,迫切需要在乡镇尺度上进行生态风险评价.云南省宣威市热水镇是典型的碳酸盐岩覆盖区,重金属来源复杂,潜在生态风险较高.本文在热水镇采集土壤表层样品(0~20 cm)1092件,分析表层土壤中8种重金属(Cd、Cr、As、Hg、Pb、Cu、Zn和Ni)含量,采用统计学、地理信息系统、地累积指数、生态风险指数和正定矩阵因子分析模型(PMF)等方法开展生态风险评价和重金属源解析.研究发现,土壤中重金属Cd、Cr、Cu、Hg、Ni和Zn含量平均值和中位数均超过云南省土壤背景值,Cd、Cr、Cu和Ni平均含量均超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618-2018)规定的筛选值.地累积指数结果表明,研究区表层土壤污染最严重的是Cu,其次是Cr和Cd.土壤重金属Cr、As、Pb、Cu、Zn和Ni多以残渣态存在,多来自于地质背景,生物有效性较低,Hg的潜在有效组分较高,但是Hg全量较低,污染风险较小.Cd生物有效性比例较高,易于进入土壤溶液并被农作物吸收,是研究区污染风险最高的重金属元素.土壤重金属潜在生态风险指数统计结果显示,生态风险较低、中等生态危害和强生态危害比例分别为44.23%、54.40%和1.37%,无很强生态危害样品,贡献率最高的元素为Cd和Hg,贡献率分别为34.62%和34.33%.PMF结果显示研究区重金属来源包括人类日常活动来源、自然来源、煤矿开采及交通排放引起的综合污染源和农业生产来源,各种来源的贡献率分别占9.29%、53.67%、11.23%和25.81%.PMF可以有效识别和量化污染物来源,为政府部门进行土地规划提供重要的参考依据.

贵州省典型铅锌矿区潜在有毒元素(PTEs)物源甄别、生态风险评价及控制因素

贵州省碳酸盐岩和玄武岩广泛发育,潜在有毒元素(PTEs)具有天然的高含量低活性属性,在PTEs高背景区开展生态风险健康评价和识别潜在来源具有重要意义.贵州省赫章县是典型的成土母质为碳酸盐岩和玄武岩的土壤PTEs高背景区,全县分布有18处大型以上的铅锌矿和铁矿,PTEs来源复杂,潜在生态风险较高.在赫章县采集土壤表层样品(0~20 cm)3180件,分析了表层土壤中8种PTEs(Cd、Cr、As、Hg、Pb、Cu、Zn和Ni)含量,采用统计分析(SA)、地理信息系统(GIS)、富集系数(EF)、生态风险指数(RI)和正定矩阵因子分析模型(PMF)等方法开展生态风险评价和重金属源解析.结果发现,8种PTEs含量平均值均超过贵州省土壤背景值,Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn含量平均值均超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618-2018)规定的筛选值.EF结果显示,Cd有较大面积的中等污染,Pb、Zn和Cu元素有较大面积的轻微污染,Hg、Cr、Ni和As富集系数在基线值附近(EF≈1),污染较小,研究区具有多种重金属的复合污染特点.正定矩阵因子分析模型结果显示,研究区重金属来源包括铁矿开采、铅锌矿开采、玄武岩成土风化、碳酸盐岩成土风化和农业活动,贡献率分别为5.25%、27.37%、28.94%、17.91%和20.53%.Fe、Mn和Si等氧化物含量是PTEs富集的影响因素.矿区土壤样品中含有较高比例的Zn/Cd和Pb/Cd值,非矿区土壤样品中含有较低比例的Zn/Cd和Pb/Cd值,说明矿区的PTEs可能主要来源于铅锌矿的冶炼废渣,非矿区Zn/Cd和Pb/Cd的比值较低,可能来源于烟气粉尘的大气沉降和地质背景.